夹点法设计能量最优的换热网络——李俊乾
夹点技术（下）换热网络设计详细教程（附Aspen源程序文件）
夹点技术（下）换热网络设计详细教程（附Aspen源程序文件）本教程以丙烯环氧化工段为例对换热网络的夹点设计过程进行详细说明，模拟的源文件来源于某一届化工设计大赛国赛特等奖作品。
本教程重在过程，夹点的原理已在本人的夹点技术原理与应用一文进行了详细介绍，因此本文不再进行解释说明。
另本教程参考了熊杰明老师及包宗宏老师的相关书籍，大家有什么不懂可以买来参考。
有兴趣学习的同学可以在本文文末获取Aspen源程序文件。
下面正式开始介绍使用Aspen Energy Analyzer进行换热网络设计的过程。
1、修改单位在进行设计之前，根据需要我们可以对单位进行修改，修改的方法具体为T ools/Preference/Variables/Variables/Units/Available Unit Sets页面下选用或者修改单位集。
本例采用默认的单位集。
2、数据导入本例采用直接从Aspen plus的模拟文件导入的方法，具体过程如下：（1）首先新建一个热集成文件，即点击Creat New HI Case创建新文件，出现如图的界面图1 新建文件其中上面的图标表示的含义从左往右依次是：从Hysys流程中导入数据、从Aspen流程中导入数据、从Excel中导入数据、打开目标查看窗口、打开复合曲线窗口、打开总复合曲线窗口、打开公用工程复合曲线窗口、打开换热网络网格图窗口。
（2）从Aspen流程中导入数据图2 从Aspen流程中导入数据图3 数据导入在左侧的Steps栏中，是导入的具体步骤，每一步都有相应的提示，从上往下步骤依次为选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件、设定详细的选项、选择流程、改变公用工程或添加公用工程、选择加热器的公用工程、选择冷却器的公用工程、选择换热器的经济数据。
在右下角中的Tips中会提示你提供的模拟文件必须收敛，没有错误等等，有兴趣的可以将此提示看看，此处不再详细介绍。
点击“Next”，选择文件的路径。
夹点技术原理及其在换热网络优化中的应用
夹点技术原理及其在换热网络优化中的应用夹点技术原理及其在换热网络优化中的应用工093 林媛10091707摘要：能源危机的到来，节能降耗已是大势所趋。
夹点技术是换热网络、水网络优化最实用的节能技术。
本文主要介绍了夹点技术的基本原理以及近几年在工程设计中的广泛应用和良好前景。
关键词：夹点技术；换热网络；过程工程；节能系统1 前言能源与人类文明和社会的发展一直紧密地联系在一起，是社会发展的物质基础。
在当今的世界上，能源问题更是渗透到社会生活的各个方面，直接关系到整个社会经济发展和人们物质文化生活水平的提高。
随着能源危机日益加深，过程集成方法成为热点话题，而夹点技术以其独有的实用、简单、直观和灵活?的优点正在被广泛使用，经过20多年的发展，夹点技术已从热回收的特殊工具发展成为一种卓有成效的过程设计方法，它是过程系统综合的强有力方法，其研究和应用对促进企业技术进步、增加经济效益、提高竞争能力等都有重大意义，在我国的工业和企业中有着广阔的应用前景。
夹点技术(Princh T echnology，pinch又译作窄点、狭点、挟点)是英国Bodo Linnhoff 教授等人于70年代末提出的换热网络优化设计方法，后来又逐步发展成为化工过程综合的方法论。
夹点技术是能量回收系统分析的重大突破，80年代以来夹点技术在欧洲、美国、日本等工业发达国家迅速得到推广应用，现已成功地用于各种工业生产的连续和间歇工艺过程，应用领域十分广阔，在世界各地产生了巨大的经济效益。
2 夹点技术基本原理工艺过程存在多股冷、热物流，过程综合就是要设计出能使冷热物流充分换热以尽可能回收热量，并同时满足投资费用、可操作性等方面的约束条件的过程系统。
夹点技术是以化工热力学为基础，以经济费用为目标函数，对换热网络的整体进行优化设计。
优化过程包括冷热物流之间的匹配，冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中一些分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的i维权衡。
换热网络操作夹点优化控制设计方案
前， 首先 假设 ： （ ） 、 程流 体流 动接近 活塞 流状 态 ： １管 壳
的基 于 混合 整 数 线 性 规 划 模 型 的计 算 换 热 网络 所有 可 能夹 点 位置 的方 法 ， 这种 方法 基 于 稳 态模 型 ， 法描 述换热 网络 的动 态操作 过程 。 无
本 研 究 利 用 对 换 热 器 进 行 状 态 空 间 离 散 化 的
（ ） 、 程 流体 以及换 热管 的 比热 ｃ。 ２管 壳 ＤＣ ， ，
Ｇ 保持 不变 ； ｎ （ ） 、 程 流 体 以及 换 热 管 的导 热 系数 Ａ ， ３管 壳
方法 ， 建立 了含有多参数 、 多型号的换热器非线性动
点， 它决 定 了换 热 网络最 小 加 热 和冷却 公 用 工程 用 量 。然而 ， 热 网络投 入运行 之后 ， 换 由于换 热 网 络 已经 存 在 ， 定 夹 点 位 置 时 ． 不 能 再 像 换 热 确 就
网 络 设 计 时 冷 热 复 合 曲 线 可 以 任 意 移 动 ． 至 最 直
络 ， 入 运 行 以 后 ， 工 过 程 中 的 生 产 条 件 经 常 投 化 在 某 一 范 围 内 变 动 ． 操 作 夹 点 位 置 和 最 小 温 差 其
夹 点 技 术 的基 本 原 理 是 ： 冷 、 物 流 的热 在 热
回收过 程 中 ， 在一 最 小 传 热 温 差 ， 处 即为 夹 存 该
态 模 型 ． Ｓｍｕｉｋ中建 立 模 块 ， 察 操 作 夹 点 的 在 ｉ ｌ ｎ 考
收稿 日期 ： ０ ０ ０ — ５ ２１—９２ 。
作 者简 介 ： 俊峰 ， 士 ， 张 博 主要 从 事 节 能 减 排 、 系统 工 程 与 过 程
夹点技术在常压蒸馏装置低温余热回收利用中的应用
图 3 问题表格 Fig． 3 Problem table
2． 4 换热网络的生成 （ 1） 夹点之上和夹点之下的匹配 夹点之上： 热物流两股，冷物流一股，不满足
图 4 夹点之上换热网络和夹点之下换热网络 Fig． 4 Network design above and below pinch 理 Fig． 2 Curve of flow with phase change in T-H diagram and problem table
表 3 冷热物流的基本参数 Table 3 Data of heat and cold streams
项目 产量 / （ kg·h － 1 ） 初温 /℃ 终温 /℃ 热负荷 / MW 热容流率 / （ MW·℃ － 1 ）
塔顶油气 820 110 26
17． 79 0． 21
常一线 410 92 36
12． 76 0． 23
常二线 260 146 23
18． 66 0． 15
常三线 180 140 30
14． 46 0． 13
汽提污水 180 50 90 8． 40 0． 21
热媒水 105 25 100 9． 19 0． 12
程中涉及到相变化，而在利用问题表格确定夹点 时，温度段的划分是根据物流的进出口温度决定 的，但处于相变过程的物流，是没有温度变化的， 即初始温度和目标温度一样，但相变过程却包含 着相变潜热，并且这部分热量很大，如果直接用问 题表格进行计算，由于进出口温差为零，无法计算 物流的热容流率，就会出现计算不收敛或错误的 情况［8］，因此，存在相变物流时，如何对相变物流
物流来分析，其中一股为热媒水从 25 ℃ 加热升高 到 100 ℃ ； 另 外 一 股 为 100 ℃ 的 热 媒 水 转 化 为 100 ℃ 的蒸汽时，这部分涉及相变化，采取进口温
利用夹点技术分析优化甲基叔戊基醚装置换热网络
应和甲醇回收 ３ 个部分组成。其中醚化反应是合
成 Ｔ Ｉ 的关键部 位 。 目前 醚化反应 主要 采用 方 Ａ、 他
式有管式反应、 膨胀床反应 、 固定床反应及催化蒸
馏反应 技术 。合 成 Ｔ ＭＥ 最 普 遍 、 Ａ 最先 进 的 技术
是固定床催化蒸馏工艺 ； 反应物首先在 固定床中达 到化学平衡， 然后经过催化蒸馏使反应进行完全。 在 ２ 世纪 ７ ｏ ０年代 ， ｉ ｈ ｆ等开发 的夹点 Ｌｎ ｏ ｎ ｆ
于一个 给 定 的 △ ， 以找 到一个 夹点 。 可
置进行优化分析 ， 可以提高装置的能量利用效率。
收 稿 日期 ：０ １Ｏ —Ｏ ２ １一８３
图１ 的右上角表示至少要 由热公用工程提供 Ｑ 的热量才能将冷流股提高到 目标温度， 左下 角表示至少要 由冷公用工程提供 Ｑ 的冷却量 ｃ
１２ ， ． 然后运用夹点技术对 甲基叔 戊基 醚固定床 装置换 热 网络进行优 化分析 。计 算结果表 明， ｗ 优化
关 键 词 ： 点技 术 ； 夹 甲基 叔 戊基 醚装 置 ； 热 网络 ； 化 换 优
后的换热 网络节 能效果较好 。通过 小试 数据 ， 可以椎 断 中试乃至Ｘ ＿化 装置的换热网络节能情况。 －ｋ ， ｌ
（． １ 中国石油吉林石化公司 研 究院 ， 吉林 吉林 １ ２ ２ ；． ３ ０ １ ２ 中国石油吉林石化公司 ， 吉林 吉林 １ ２ ２ ） ３０２
摘
一
要 ： 用 Ａｓｅ ｌｓ 件 计 算 出 冷 流 股 和 热 流 股 的 焓 变 ， 热 流 股 的 焓 变 分 别 为 １ ４Ｗ 和 利 ｐ ｎＰｕ 软 冷 ．
科 研 开 发
பைடு நூலகம்
Ｓ Ｎ ＆Ｅ Ｎ Ｏ化 ＥＣ１Ｄ１Ｙ Ｃ Ｃ ＴＨ Ｌ Ｙ 科 ，１ＩＵＲ Ｉ Ｅ Ｃ Ｏ ＧＩ Ｈ２ ，６ｓ ３ Ｅ Ｃ ＭＡ（４４ Ｎ 技０Ｌ ）Ｔ 工 Ｉ ： １９ ￣ Ｎ
夹点法设计能量最优的换热网络——李俊乾
240.0
262.5 225.0
问题表格（1） 子网络序号 冷物流及其温度 k C1 C2 SN1 SN2 SN3 SN4 热物流及温度 H1 H2
150 125 145 100 70 40 120 90 60
SN5
SN6
25
20
问题表格（2）
子网络 序号 赤字Dk kW 热量 kW 热量 kW
◆ 热容流率符合可行性规则2：
CPH<CPC
(热流股热容流率2.0, 冷流股热容流率 2.5、3.0)
◆ 按经验规则，应使热流股1与冷流股1匹配。
夹点热端的流股匹配
（2）冷端的设计
分析：
◆ 流股数符合规则1：
NH ≥ NC
CPH ≥ CPC
(热流股数 2，冷流股数2)
◆ 热容流率不符合规则2：
(热流股热容流率2.0、8.0， 冷流股热容流率 2.5、3.0)
目标 热负荷 kW Q 180.0 240.0 262.5 225.0
标号
流率
kW/ oC CP
温度
oC
温度
oC
Ts 150 90 20 25
Tt 60 60 125 100
H1 H2 C1 C2
2.0 8.0 2.5 3.0
（1）热端的设计
分析：
◆ 流股数符合可行性规则1：
NH <NC
(热流股数 1，小于冷流股数2)
无外界输入热量 Ik Qk 10 -2.5 -107.5 27.5
外界输入最小热量 Ik 107.5 117.5 105.0 0 Qk 117.5 105.0 0 135.0
SN1 SN2 SN3 SN4
－10 12.5 105.0 -135.0
(完整版)大连理工化工过程合成与分析08年考题答案
一、名词解释（10分）：１改变过程系统中的设备类型或相互间的联结关系，以优化过程系统；参数优化指在确定的系统结构中，改变操作参数，是过程某些指标达到优化。
２识别出系统中的独立子系统，进一步识别出这些子系统中必须同时求解的方程组及其对应的循环回路或最大循环网，将系统中的节点、拟节点按信息流方向排出没有环路的序列，确定有力的求解顺序。
３最好的设计变量选择是使设计方程得到一个开链结构。
４质量衡算方程、相平衡方程、组分归一方程和焓衡算方程。
５利用热力学原理，将反应、分离、换热、热机、热泵等过程的用能特性从用能本质的角度一致起来，将全过程的能量综合问题转化为有约束的换热网络综合问题。
二、判断以下问题是非（10分）（1）采用夹点设计法设计换热网络时，为保证系统的最大热回收，应避免热物流穿越夹点。
（N）（2）热泵与系统热集成时，将热泵穿越夹点放置是有效的热集成。
（Y）（3）两个或两个以上相连的循环回路一定构成最大循环网。
（N）（4）采用断开热负荷回路的方法调优换热器网络，合并换热器后的结构除了需要保证每个单元设备热负荷为非负外，还要检验每个单元设备的传热温差是否大于或等于最小的允许传热温差。
（Y）（5）R组分简单塔精馏分离序列的综合问题，可以看成是R-1阶段决策问题。
（Y）（6）系统的自由度为系统变量数减去描述系统的所有方程数。
（N）（7）能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂组定义为多余断裂组。
（N）（8）穿越夹点的热流量为零，则夹点处的传热推动力为零。
（N）（9）利用能量松弛法调优换热器网络，调优前后系统所需的冷、热公用负荷不变。
（N）（10）对于已给定热交换量的情况，通过热交换面的传热温差愈小，过程的不可逆性愈小，有效能损失小。
（Y）三、过程系统分解（15分）1．识别不相关独立子系统；2．断裂所有最大循环网；3．画出迭代计算顺序图。
S 712解：利用单元串搜索法得到系统有5个回路：A(1,2,3,1) B(2,3,4,2) C(6,7) D(5,6,7,5/0 E(5,7,5) 系统有13个六股：S 2 ,S 3, S 4, S 5,S 6, S 7, S 8, S 9, S 10, S 11, S 12, S 13, S 16其对应的回路矩阵：S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 8 S 9 S 10 S 11 S 12111 1 11 1111 11fR 12 1 1 1 1 2 1 1 23 32 3 2S 3 S 9 S 12 根据II[ ]其中 S 2 ，S 4，S 5，S 6 ⊂S 3 S 8，S 10⊂S 9 S 11⊂S 12所以断裂 S 3 ，S 9， S 12计算顺序为：四、（15分）一换热网络中有两股热物流及一股冷物流，数据如下表1所示。
华东院-延迟焦化装置三种换热分馏流程方案分析
延迟焦化装置三种换热分馏流程的比较谢崇亮李小娜毕治国中国石油工程建设公司华东设计分公司，青岛，266071摘要：以一套加工大庆减压渣油的240万吨/年延迟焦化装置为例，经过模拟计算及用能分析，对原料油与反应油气塔外换热流程（以下简称“流程一”）、原料油与反应油气塔内换热流程（流程二）、蜡油与反应油气塔内换热流程（流程三）进行了能耗、能质利用及设备投资等方面的分析。
分析结果表明：在三种流程均达到同样的分离效果前提下，流程一设备投资最高，流程二能质利用最优，流程三能耗最低。
关键词：延迟焦化分馏塔换热能耗分析1.前言随着常规原油的日益减少，重质油、油砂、沥青砂等非常规原油的开发和利用越来越多，加上全球高油价的推动及石油焦的气化技术和焦化-气化-汽电联产组合工艺的开发和大规模应用，使得延迟焦化装置因其自身的优点成为劣质重油加工的重要手段，这也使得对延迟焦化工艺流程进行优化分析，节能降耗具有更普遍的现实意义。
本文以国内某240万吨/年延迟焦化装置为例，以ASPEN 2006的模拟计算及用能分析为媒介，对三种流程进行分析比较。
比较的基础是保证分馏塔各侧线产品质量合格，同时尽量保持分馏塔上部取热比例相同。
2.工艺流程简介流程一如图1所示，减压渣油经过一系列原料油换热器换热后，进入加热炉进料缓冲罐，与来自分馏塔底的焦化循环油一起在加热炉进料缓冲罐内混合后进入焦化加热炉。
其特点在于减压渣油不再进入焦化分馏塔进行换热和洗涤，增设分馏塔底循环油外取热器、循环油回流泵，通过调节分馏塔底循环油的取热量来灵活调节循环比。
流程二如图2所示，减压渣油经过一系列原料油换热器换热后，分上、下两股物料进入分馏塔下段，与焦炭塔顶来的反应油气直接接触，进行传质和传热。
换热后的渣油与循环油一起经加热炉进料泵进入焦化加热炉。
通过调节焦化分馏塔换热挡板上方的减压渣油量来调节循环比。
流程三如图3所示，减压渣油经过一系列原料油换热器换热后直接进入分馏塔底部，不再作为洗涤油与焦炭塔顶反应油气直接接触。
夹点分析法在换热网络优化中的应用
子网络 Dk ( kW)
SN1 - 40 SN2 60 SN3 70 SN4 - 99 SN5 - 30 SN6 - 131. 5 SN7 32. 5
热量 (kW)
无外界输入
输入最小值
Ik
Ok
Ik
Ok
0
40
90
130
40
- 20
130
70
- 20
- 90
70
0
- 90
9
0
99
2002 年 1 月 天 津 化 工 3 7
(1) 选择每个换热器的热负荷等于该匹配的冷 、 热物流中热负荷较小者 ,使其只需一次匹配换热就 可以由初始温度达到目标温度 ,这样可使所需换热 设备数目最小 ,节约了投资费用 。
(2) 尽量使热容流率值相近的冷 、热物流进行匹 配换热 ,这样在满足最小传热温差ΔTmin的约束条件 下 ,传热过程的不可逆性最小 ,对相同热负荷情况下 传热过程的有效能损失最小 网络计算如下 : k = 1 , 对热物流温度间隔为 ,260～240 ℃
D1 = I1 - O1 = (0 - 2) (260 - 240) = - 40 说明该子网络有剩余热量 40 kW。 以此类推 ,可以分别求出剩下的 6 个子网络的 值 ,于是可以建立如下的问题表格 :
例如 ,一个有 4 股物流的换热网络 ,物流原始数 据见表 1 。假使给定的 △Tmin为 20 ℃。
表 1 物流的原始数据
物流标号 H1
初始温度 ( ℃) 260
目标温度 ( ℃) 138
热容流率 (kW/ ℃)
2. 0
H2
160
93
8. 0
C1
化工过程全局用能集成的夹点分析法
化工过程全局用能集成的夹点分析法蔡明松 陈洪志 李振民(齐鲁石化设计院,淄博,255400)摘要 介绍了夹点分析在化工过程全局用能优化中的应用,利用夹点分析法在实现各工艺装置内部热量交换的基础上,进行过程全局的剩余热阱和热源与公用工程系统的能量集成,包括余热回收、联产功量、蒸汽系统设计和透平网络综合。
应用实例表明,利用该方法可以大幅度实现节能,是现代化工企业节能的发展方向。
关键词 夹点分析 能量 热源 热量收稿日期:1997—11—30;修改稿收到日期:1998—06—30。
作者简介:蔡明松,男,1987年毕业于抚顺石油学院计算机科学系,研究方向为计算机在石油化工中的应用。
1 引 言在70年代末期,夹点技术已作为一种设计换热网络的工具来克服当时面临的能源危机。
其核心贡献在于将那些复杂的、相互制约的概念简单化(同当时流行的黑箱计算机算法有很大差别)。
使用夹点技术,工程技术人员能始终掌握方案的形成过程,使他们能用简单的优化方法兼顾装置的操作性、安全性等因素,使设计方案既有热力学上的效益(夹点技术结果),又有工程实用性(技术人员经验)。
在80年代中期,G undersen 和Naess 发表了关于换热网络设计方法[1]的阶段性总结。
他们强调指出了夹点技术对换热网络结构确定的贡献。
此后,夹点技术思想基础更为广阔。
(1)它的基本规则虽仍以热力学为基础,其关键仍为在设计前进行方案研究(从事热力学分析角色)。
然而,这种方法已扩展到了包括精馏、热泵、热力透平、炉子等工艺流程的确定以及非能目标(如投资、可操作性和排弃物)的确定[2]。
(2)它强调的重点从设计转向方案研究。
在实际中它逐渐转化为夹点分析而不是夹点技术。
M organ 指出:今天有经验的使用者将用夹点分析在概念设计阶段对集成系统进行方案研究[3]。
这表明夹点分析不再局限于换热网络,其应用领域更为广阔。
90年代初期,Linnhoff 等人[4]在夹点分析的框架下推导了化工过程全局用能优化方法,并在实际工业化设计中得到了广泛应用。
夹点理论及其在换热网络中的应用研究
夹点理论及其在换热网络中的应用研究摘要：随着社会经济与科学技术的发展，各个领域的迅速发展，大大增加了能源的消耗，石油化工作为耗能的重点行业，其中的换热网络是耗能的关键。
因此，优化换热网络结构，并尽可能回收热量是我们当下必须要做的，研究人员利用夹点理论对换热网络进行优化，在节能降耗方面取得了不错的效果。
本文将对夹点理论概述、夹点技术原理及其设计以及夹点理论在换热网络中的应用进行研究，以此来推动夹点理论在换热网络中的应用，进而推动石油化工行业健康发展。
关键词：夹点理论；换热网络；应用；研究前言：相对于国外发达国家，我国是能源消耗大国，且能源利用率较低，对我国国民经济发展十分不利。
因此，节能降耗是未来发展的必然趋势。
近年来，夹点理论在石油行业的普及和发展，通过对换热网络进行优化，在石油行业节能降耗以及降低成本等方面取得了不错的成果。
一、夹点理论概述夹点理论起源于上世纪70年代由英国教授提出的，直到80年代在能量回收方面具有重大突破，并在大部分西方国家得到了迅速的推广和普及，直到今天，已经在全世界范围内得到了认可，促进了相关领域的发展，对世界经济的发展具有杰出的贡献。
夹点理论主要是指将热力学作为基础，从整个系统中分析、整理能量的具体分布，并在中间找到耗能点，最终解决耗能的一种有效方法。
相对于传统的节能技术，夹点理论能够最大程度的降低能源消耗，也能够更加快速地找到能源消耗点，并及时对设备进行优化，解决能源消耗过高的问题[1]。
夹点理论的设计工艺主要针对冷、热两大物流，能够促进二者之间换热并最大程度将热量回收，最终将回收热量继续投入生产等方面。
因此，夹点理论就是通过冷、热物流的运动轨迹对整个工艺过程进行分析，最终确定节能降耗以及优化改造的策略。
二、夹点技术原理及其设计夹点理论要达到的目的是将能量回收最大化，通过设备工作热量曲线将阻碍回收热量的点找到，并且经过合理、科学的改造，使其顺利回收热量，达到最优程度[2]。
利用夹点技术设计换热网络
利用夹点技术设计换热网络马连强Ξ郑开学 贺鑫平 高建红 华陆工程科技有限责任公司 西安 710054摘要 介绍夹点技术的基本概念以及利用夹点技术设计换热网络的原则,列举利用夹点技术设计换热网络过程的实例,并简单介绍换热网络优化方面的基本知识。
关键词 夹点技术 换热网络 设计 夹点技术(Pinch P oint T echn ology)是由Linnhoff为首的英国帝国化学公司(I1C1I)的系统综合小组开发的。
这个小组曾在1977～1981年对老厂技术改造及新厂建设的18项工程设计进行了重新设计计算,发现用新的原理设计平均可以节能30%,有的项目不仅可以节能,而且重新安排后节省了投资。
1982年美国联碳公司请Linnhoff指导,在一年时间内试算了9个工程实例,结果证明,用这种方法平均可以节能50%,用于老厂技术改造的设备投资一般可以在2～12个月内回收。
因而这种技术被认为是成熟的并可以在工业中普遍推广使用。
经验证明,采用这种方法在新设计中可节省能源和设备投资,在老厂技术改造中可用较少设备投资回收尽可能多的能量。
1 基本概念111 TH图工艺流股的热特性可以用TH图很好地表示出来。
当向某冷流股加入热量dQ时,如果温度变化为dT,则可以用式(1)描述:dQ=W・Cp・dT(1)式中,W为冷流股的质量流量,kg/h;Cp为冷流股的比热,kJ/(kg・℃)。
对于特定的冷流股,如果在温升范围内C p 变化不大,可将W・Cp当成常数,定义为热容流率CP,即:CP=W・Cp(2)则式(1)变为:Q=CP(T T-T S)=ΔH(3)式中,T T为冷流股的目标温度,℃;T S为冷流股的供给温度,℃。
这样就可以把该冷流股加热的过程用TH图表示出来,如图1所示。
图1 流股的TH图流股TH图的斜率为热容流率CP的倒数1/ CP,CP越大,斜率越小,在同样的热负荷下流股的温度变化越小。
当冷流股在温升范围内比热Cp变化显著时,流股的TH图是非线性的,在这种情况下可将温升范围分为若干个比较小的温度区间,在各个温度区间分别画出TH图。
利用夹点技术分析优化换热网络
表 1 物流参数
物流 类型
热流 热流 热流 热流 热流 热流 热流 冷流 冷流 冷流 冷流
物流 热容流率 名称 / (kW·℃- 1)
常一线
8. 699
常二线 10. 455
常三线
9. 083
常顶油 37. 751
常底油 56. 545
常一中 37. 134
常二中 41. 745
热水
0. 174
水
[3 ] 冯霄. 化工节能原理与技术 [ M ] . 北京 :化学工业出版 社 ,2005. 1452286.
朱玉琴等 :利用
表 2 最优夹点温差的确定
夹点温差/ ℃ 8
10
12
14
18
投资费用 / (万元·a - 1)
操作费用 / (万元·a - 1)
总费用 / (万元·a - 1)
302. 24 244. 05 221. 39 210. 30 196. 64 833. 24 843. 56 857. 62 873. 25 900. 26 1 135. 48 1 087. 61 1 079. 01 1 083. 55 1 096. 90
小冷却公用工程负荷为 5. 549 ×106 kJ / h. 现有常压 蒸馏装置换热网络加热公用工程负荷为 59. 52 × 106 kJ / h ,冷却公用工程负荷为 23. 12 ×106 kJ / h ,均 远大于最优夹点温差下的公用工程负荷. 所以 ,该换 热网络设计不甚合理 ,具有较大的节能潜力. 2. 3 换热网络的分析及优化
另外 , 由于原油闪蒸换热后终温较低 , 为 268 ℃,极大地增加了其加热公用工程加热炉的热负荷.
对比近年来国内常压蒸馏装置原油换热终温设计值 通常在 295 ℃以上[13215 ] ,所以 ,通过进一步优化分 析提高原油换热终温是十分必要的.
利用夹点技术优化催化裂化装置的换热网络
（ １ ．中 国 石 油 大 学 重 质 油 国家 重 点 实验 室 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ；２ ．中 国 石 油 西 南 油 气 田分 公 司天 然 气 研 究 院 ）
摘 要 ： 某 石 化 企业 年 处 理 量 为 １ ． ４ ０ Ｍｔ 的催 化 裂化 装 置 存 在 较 大 的节 能 潜 力 ， 应 用 夹 点技 术 对 其 能 量 利 用 状 况 进 行 分 析 与优 化 。研 究 结果 表 明 ： 通 过 优 化 并 改造 换 热 网络 ， 可 使催 化裂 化 装 置 节 省 １ ． ０ ＭＰ ａ 蒸汽 ７ ． ８ ８ ｔ ／ ｈ ， 节省循环水 ３ ． ７ ７ ｔ ／ ｈ ， 节 省 电耗 １ ６ ｋ Ｗ； 改 造 后催 化 裂 化 装 置 节 能 约 １ ０ ９ ． １ ９ ＭＪ ／ ｔ ， 年经济效益增加 １ ２ ２ １ ． ３万元 。
关键词 ： 催化裂化
能量系统优化
换 热 网络 夹 点 技 术
节 能 已成 为 当今 世 界 主 要 的 技 术 和 社 会 问
前景 广 阔 。一 般 认 为 ， 催 化 裂 化 装 置 的 换 热 网 络 较 为简单 ， 所 以夹 点 技 术 在 国 内催 化 裂 化 装 置 中
题， 与 能源 供 应 密 切 相 关 的措 施 都 具 有 非 常 重 要 的战 略 意 义＿ １ ］ 。迄 今 为 止 ， 石 油 化 工 行 业 依 旧是 世 界上 最 大 的能 源 消 耗 产 业 ， 占世 界 工 业 总 能 源
１ ９ ８ ２年 ， 在试 算 了 ９ 个 工 程 案例 后 ， Ｌ ｉ ｎ ｎ ｈ ｏ ｆ ｆ 发现
使 用夹 点方 法可 促进 装 置平 均节 能 ５ Ｏ ［ ７ ］ 。夹 点
运用夹点设计法对一实际换热网络的改造
运用夹点设计法对一实际换热网络的改造作者：王君吴宗发李多松等来源：《安徽理工大学学报·自然科学版》2014年第04期摘要：随着能源价格的不断提升，化工企业的节能降耗成为紧迫必行的任务。
通过在对一实际过程的换热网络结构分析的基础上提取热、冷工艺物流，在给定的最小传热温差（20 ℃）限制下运用夹点设计法合成具有最大热回收的新换热网络；采用断开热负荷回路、取消热负荷较小的换热器达到减少换热器个数、简化网络的目的；由于热负荷转移造成了某些换热器传热温差违反最小传热温差限制、甚至出现传热温差为负值（违反热力学第二定律）的情况，采用能量松弛法恢复这些换热器的传热温差至给定的最小传热温差。
经过调优后换热器网络总换热设备个数与原实际网络的相同，但与原实际网络相比，热、冷公用工程均节省1 220 kW。
关键词：换热网络；夹点设计法；最小传热温差；改造中图分类号：TK123文献标志码：A文章编号：1672-1098（2014）04-0038-04随着能源价格的不断提升，化工企业的节能降耗成为紧迫必行的任务。
各种节能技术运应而生[1-3]，其中夹点技术是一种比较成熟的节能技术，它是以热力学为基础，从宏观的角度分析过程系统中能量流沿温度的变化，从中发现系统用能的瓶颈并予以解除的一种方法[4-5]。
国外著名的工程公司如赫斯特、拜耳、联碳、杜邦及三棱等较早运用夹点技术进行新厂设计和老厂改造，在降低能耗、减少投资、保护环境等方面取得显著成效；国内高校和设计部门于20世纪80年代初开始运用夹点技术并取得实效[6]。
本文采用夹点设计法，对一实际过程换热网络进行重新设计，并提出改造方案。
1实际换热网络结构某实际过程换热网络如图1所示，该过程的换热过程描述如下。
图1某实际过程换热网络结构温度为50 ℃的某反应原料（FEED1）进入系统，在换热器E1（热负荷1 980 kW）中被反应器出口物流（REAOUT1）加热到149 ℃（FEED2），再经过加热器H1（热公用工程用量1 220 kW）加热到210 ℃（FEED3）进入反应器REACTOR；反应器出口物流（REAOUT1）经过换热器E1被冷却到160℃（REAOUT2）进入精馏塔COLUMN。
基于夹点技术的涂布纸机干燥部热回收优化分析
基于夹点技术的涂布纸机干燥部热回收优化分析
李玉刚;刘焕彬;陶劲松;李继庚;孔令波;贾靖江
【期刊名称】《中国造纸学报》
【年(卷),期】2010(025)002
【摘要】应用夹点技术对某日产1500 t的涂布纸机干燥部热回收网络进行了诊断和优化分析.结果表明,该纸机现有的换热网络存在着较大的节能潜力,通过优化改造可以使纸机干燥部的回收热量由原来的4821.60 kJ/s增加到9973.09 kJ/s,节约了干燥部2.3%的蒸汽用量,有明显的节能效果.
【总页数】5页(P71-75)
【作者】李玉刚;刘焕彬;陶劲松;李继庚;孔令波;贾靖江
【作者单位】华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广
州,510640;金东(江苏)纸业股份有限公司,江苏镇江,212132
【正文语种】中文
【中图分类】TS755
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夹点技术在换热网络优化中的应用
夹点技术在换热网络优化中的应用
奚培博;黄汉初;梁景焕;董佳;黄昊来;郝子龙;谢清华
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2010(38)8
【摘要】在夹点技术的基础上,利用工艺流程模拟软件(ASPEN PLUS)和换热网络计算软件(ASPEN PINCH),将热力学原理和系统工程相结合,对原有二甲醚工艺的换热网络进行用能分析,找出了其能量利用不合理的环节,并得出了近于最优的换热网络.优化后的换热网络经实际生产运行取得了良好的效果和可观的经济效益.
【总页数】3页(P260-261,280)
【作者】奚培博;黄汉初;梁景焕;董佳;黄昊来;郝子龙;谢清华
【作者单位】华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640;中山大学化学与化学工程学院,广东,广州,510275;华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640
【正文语种】中文
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基于MATLAB能量交换网络的夹点优化分析法
基于MATLAB能量交换网络的夹点优化分析法
程向荣;吴吁生
【期刊名称】《能源技术》
【年(卷),期】2004(025)003
【摘要】基于MATLAB软件,对夹点技术的问题表格法进行了软件编程,可节省大量的运算时间;运用MATLAB的GUI设计,可设计出可视化的界面,达到预期效果.文章对2股热物流和2股冷物流设计了GUI界面,利用这种程序能够直接输出所需的公用工程热物流和公用工程冷物流数值,为全过程能量优化提供基础计算数据.【总页数】4页(P96-98，107)
【作者】程向荣;吴吁生
【作者单位】华东理工大学机械学院,上海,200237;华东理工大学机械学院,上海,200237
【正文语种】中文
【中图分类】TK31
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基于夹点技术的汽油加氢装置换热网络节能研究
基于夹点技术的汽油加氢装置换热网络节能研究
惠春阳;张晨;李巧玲;车晓曼
【期刊名称】《辽宁化工》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】为了保障炼油厂加氢炼化装置的有效运行、解决资源浪费现象,要基于现有的换热网络,利用夹点技术完成分析。
通过数据换算以及模拟,可以了解夹点技术加氢电化装置换热网节能效果较佳,将夹点温差设置为20℃,可以计算出该装置的换热网络夹点温度为125℃。
最小的工程计算量为10 449 kW,最小冷公用工程量为49 193 kW。
由此可见,换热网络不合理情况执行的对应节能改造方案,可节能约57.89%的热公用工程以及27.76%的冷公用工程,有极佳的经济效益。
【总页数】4页(P481-484)
【作者】惠春阳;张晨;李巧玲;车晓曼
【作者单位】中国昆仑工程有限公司沈阳分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.5
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240.0
262.5 225.0
问题表格（1） 子网络序号 冷物流及其温度 k C1 C2 SN1 SN2 SN3 SN4 热物流及温度 H1 H2
150 125 145 100 70 40 120 90 60
SN5
SN6
25
20
问题表格（2）
子网络 序号 赤字Dk kW 热量 kW 热量 kW
1
H1
1 2
H2
C3 C4
2
C5
H
(a) (b) (a)热端夹点处不可行的匹配
(b)热端夹点处的可行匹配（采用冷物流分支） (c)热端夹点处的可行匹配（采用设置加热器H)
（C）
② 对于夹点下方，热工艺物流（包括其分支物流）数目NH不小 于冷工艺物流（包括其分支物流）的数目NC , 即：
N H NC
夹点设计法的要点 （1）在夹点处，换热网络分隔开，热端和冷端分别处理。
（2）热端和冷端都先从夹点开始设计，遵循夹点匹配可行性规则
及经验规则。 （3）离开夹点后，采用经验规则，但传热温差约束紧张时还应遵 循可行性规则。 （4）考虑换热系统的操作性、安全性，以及生产工艺上特殊要 求等。
[例] 一换热系统，包含的工艺流股为两个热物流和两个冷物流，
夹点
夹点
冷端
SN5 -55 kw
SN6 -67.5 kw
a 未加公用设施加热负荷
SN6 QC min=40 kw
b 加入公用设施加热负荷
得到如下信息： （1）夹点处，热物流温度在90oC、冷物流温度70oC。 （2）最小公用工程加热量 （3）最小公用工程冷却量
物流 热容 初始
Q H min = 107.5 kW Q C min = 40 kW
夹点匹配：指冷、热物流同时有一端直接与夹点相通，即同
一端具有夹点处的温度。
夹点匹配
夹点匹配 非夹点匹配
非夹点匹配
（1）夹点匹配可行性规则1： ① 对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）的数目NH不 大于冷工艺物流（包括其分支物流）数目NC，即：
N H NC
3
H1 H2 H3 C4 C5
3 1 2
◆ 将热流股2分支，与冷流股1、2实现夹点匹配。
方案 1
夹点冷端的流股匹配（1）
方案 2
夹点冷端的流股匹配（2）
具有最小公用工程加热与冷却负荷的整体设计方案 说明：该方案是初始设计方案。
说明：该规则保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最
小传热温差Tmin 。离开夹点后，由于物流间的传热温差都增 大了，所以不一定遵循该规则。
2 物流间匹配换热的经验规则
经验规则1 每个换热器的热负荷应等于该换热器冷热物流匹配 中热负荷较小者，以保证经过一次换热，既可以使一个物流达 到规定的目标温度，以减少所用换热设备的数量。 经验规则2 应尽量选择热容量流率相近的冷、热流体进行匹配换 热，使得换热器在结构上相对合理，且在相同的热负荷及相同的 有效能损失下，其传热温差最大。 说明: （1）采用经验规则时，经验规则1优于规则2； （2）经验规则对离开夹点的其余物流匹配换热也是合适的。
夹点法设计能量最优的 换热网络
李俊乾
14102932
夹点设计法的基本原则：
(1) 应该避免有热流量通过夹点； (2) 夹点上方避免引入公用工程冷却物流； (3) 夹点下方避免引入公用工程加热物流 。 说明：违背以上三条基本原则，就会增大公用工程负荷及相 应的设备投资。
1 夹点处物流间匹配换热的可行性规则
目标 热负荷 kW Q 180.0 240.0 262.5 225.0
标号
流率
kW/ oC CP
温度
oC
温度
oC
Ts 150 90 20 25
Tt 60 60 125 100
H1 H2 C1 C2
2.0 8.0 2.5 3.0
（1）热端的设计
分析：
◆ 流股数符合可行性规则1：
NH <NC
(热流股数 1，小于冷流股数2)
3
2
H1 1 H2 C3
1 2 C
H1 H2 H3
1
C4
C5
C4
C5
（d ）
(e)
（f ）
（d）冷端夹点处不可行的匹配 （e）可行的匹配采用热物流分支
（f）可行的匹配设置冷却器C
（2）夹点匹配可行性规则2
① 夹点上方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH小于
或等于冷物流的热容量流率CPC,即： CPH ≤ CPC ② 夹点下方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH大于 或等于冷物流的热容量流率CPC,即： CPH ≥ CPC
无外界输入热量 Ik Qk 10 -2.5 -107.5 27.5
外界输入最小热量 Ik 107.5 117.5 105.0 0 Qk 117.5 105.0 0 135.0
SN1 SN2 SN3 SN4
－10 12.5 105.0 -135.0
0 10.0 -2.5 -107.5
SN5
SN6
82.5
给定的数据见下表，指定热、冷物流间允许的最小传热温差 △Tmin=20℃。现设计一换热器网络，要求其具有最大的热回 收。
物流 标号 热容 流率 初始 温度
oC
目标 温度
oC
热负荷
kW/ oC
CP H1 2.0
kW
Q 180.0
Ts 150
Tt 60
H2
C1 C2
8.0
2.5 3.0
90
20 25
60
◆ 热容流率符合可行性规则2：
CPH<CPC
(热流股热容流率2.0, 冷流股热容流率 2.5、3.0)
◆ 按经验规则，应使热流股1与冷流股1匹配。
夹点热端的流股匹配
（2）冷端的设计
分析：
◆ 流股数符合规则1：
NH ≥ NC
CPH ≥ CPC
(热流股数 2，冷流股数2)
◆ 热容流率不符合规则2：
(热流股热容流率2.0、8.0， 冷流股热容流率 2.5、3.0)
12.5
27.5
-55.0
-55.0
-67.5
135.0
52.5
52.5
40.0
0 kw SN1 热端
QH min=107.5 kw SN1 热端 117.50 kw SN2 105 kw SN3 0 kw SN4 135 kw 冷端 SN5 52.5 kw
10 kw SN2
-2.50 kw SN3 -107.50 kw SN4 27.5 kw